宽带多测量模式高灵敏度无源互调测试系统详解

5.3.1.1　原理及系统组成

图5-5　宽带多测量模式高灵敏度PIM测试系统的原理

宽带多测量模式高灵敏度PIM 测试系统是中国空间技术研究院西安分院搭建的综合性研究测试平台，其原理如图5－5 所示。该测试系统主要包括信号源模块、宽带功率放大器模块、宽带载波合成模块、窄带载波合成模块、低PIM 核心测试模块、PIM 产物接收模块、功率计、频谱仪、实时检测分析模块、工控机及系统控制软件模块等。

信号源模块为两台标准信号源，用于输出测试信号。

宽带功率放大器模块为两台定宽带固态功率放大器，用于对测试信号分别进行放大，产生两路载波信号，宽带功率放大器模块的输出端口为P1 和P2。

宽带载波合成模块包括两路定向耦合器、3 dB 合成电桥以及大功率负载。定向耦合器用于监测两路载波功率，3 dB 合成电桥用于对两路载波进行宽带合成，大功率负载用于吸收合成损耗功率。宽带载波合成模块的输入端口为P11 和P12，内部分别与两路定向耦合器的输入连接；输出端口为POUT1，内部与3 dB 合成电桥的功率合成输出连接；功率监测端口为P_C11 和P_C12，外部分别与功率计的输入端口P_C1 和P_C2 连接。

窄带载波合成模块包括两路定向耦合器和合成双工器。定向耦合器用于监测两路载波功率，合成双工器用于对两路载波进行窄带合成。窄带载波合成模块的输入端口为P21 和P22，内部分别与两路定向耦合器的输入连接；输出端口为POUT2，内部与合成双工器的输出连接；功率监测端口为P_C21 和P_C22，外部分别与功率计的输入端口P_C1 和P_C2 连接。

宽带载波合成模块和窄带载波合成模块不能同时工作。

低PIM 核心测试模块包括低PIM 带通滤波器、分段低PIM 收发双工器1、分段低PIM 收发双工器2、低PIM 负载。低PIM 带通滤波器对合成后的载波进一步过滤，抑制前端部件产生的PIM 产物。分段低PIM 收发双工器1 用于分离待测器件产生的反射PIM 产物，分段低PIM 收发双工器2 用于分离待测器件产生的传输PIM 产物，低PIM 负载用于吸收载波。低PIM 核心测试模块有一个输入端口P_IN，3 个测试端口TP1、TP2 和TP3，3 个输出端口PIM_Rx、PIM_Tx和PIM_Th。在模块内部，P_IN 与低PIM 带通滤波器的输入连接，TP1和PIM_Rx 分别与分段低PIM 收发双工器1 的公共端和Rx 端连接，TP2 和PIM_Tx 分别与分段低PIM 收发双工器2 的公共端和Rx 端连接。TP3 和PIM_Th为独立扩展端口，内部直通连接。在低PIM 核心测试模块中，分段低PIM 收发双工器1 和分段低PIM 收发双工器2 的性能指标相同，但功能不同。当需要进行不同带宽PIM 测试时，需要同时更换相应接收频段的分段低PIM 收发双工器1 和分段低PIM 收发双工器2。

PIM 产物接收模块包括三路微波开关、接收带通滤波器、分路器。三路微波开关完成对反射PIM 信号、传输PIM 信号、扩展端口PIM 信号三路信号的切换；接收带通滤波器对PIM 信号进一步过滤，抑制接收带外的载波以及其他干扰信号；分路器将PIM 信号分为两路。PIM 产物接收模块有3 个输入端口——PIM_R、PIM_T 和PIM_K，内部分别与三路微波开关的3 路输入相连接，外部分别与低PIM 核心测试模块的3 个输出端口PIM_Rx、PIM_Tx 和PIM_Th 连接。PIM 产物接收模块有两个输出端口PIM_1 和PIM_2，内部分别与分路器的两路输出连接，外部分别连接频谱仪和实时检测分析模块。

功率计对两路载波的正向功率进行实时监测。两个输入端口P_C1、P_C2外部分别与宽带载波合成模块或窄带载波合成模块的功率监测端口连接。

频谱仪为标准仪器，实时检测分析模块为专用定制开发仪器，详细介绍见5.4 节。

工控机和系统控制软件模块通过LAN 口通信，完成对各部分模块的访问控制，实现系统的开关运行、误差校准、数据采集、记录存储等功能。

5.3.1.2　功能特点

在本方案中，为了兼顾需求，提出了宽带载波合成与窄带载波合成切换的模式。

当需要在较宽频带内改变载波频率间隔或需要对载波进行扫频测试时，就选择宽带载波合成模块，将宽带功率放大器模块的输出端口P1 和P2 分别与宽带载波合成模块的输入端口P11 和P12 连接，宽带载波合成模块的输出端口POUT1 与低PIM 核心测试模块的输入端口P_IN 连接。宽带载波合成模块中的定向耦合器的耦合端口P_C11 和P_C12 分别与功率计的输入端口P_C1和P_C2连接，用于监测和校准载波功率。这种模式可以在电桥很宽的带宽内进行任意频率间隔的载波功率合成。

在进行固定载波频点下的PIM 测试时，可以选择窄带载波合成模块，将宽带功率放大器模块的输出端口P1 和P2 分别与窄带载波合成模块的输入端口P21 和P22 连接，窄带载波合成模块的输出端口POUT2 与低PIM 核心测试模块的输入端口P_IN 连接。窄带载波合成模块中的定向耦合器的耦合端口P_C21 和P_C22 分别与功率计的输入端口P_C1 和P_C2 连接，用于监测和校准载波功率。这种模式能保证合成功率最大，避免额外的功率损失，有利于待测器件端口在较大功率范围内的PIM 测试。(www.xing528.com)

通过这种切换方式，不但可以实现常规固定载波频点下大功率范围的PIM测试，而且可以实现载波扫频及变频率间隔下的PIM 测试。

此外，本方案通过分段低PIM 收发双工器方式，可实现较宽的接收带宽，从而能同时测量更多的PIM 产物。

在进行不同阶PIM 产物的测试时，既可以选择相应接收带宽内的分段低PIM 收发双工器1 和分段低PIM 收发双工器2，也可以通过选择不同接收带宽的分段低PIM 收发双工器来进行灵活配置，以实现接收带宽的扩展，从而覆盖更宽的接收带宽，测试更多阶次的PIM 产物，如图5－6 所示。

图5-6　分段低PIM 收发双工器扩展接收带宽示意

该测试系统方案可以同时满足单端口器件反射PIM 测量、双端口器件反射及传输PIM 测量、三端口器件扩展PIM 测量，如图5－7 所示。

图5-7　测量模式示意

（1）当待测器件为单端口器件（如负载）时，只进行反射PIM 测量。将低PIM 核心测试模块的测试端口TP1 与待测器件连接。待测器件产生的反射PIM 信号通过低PIM 核心测试模块中的分段低PIM 收发双工器1 分离并输出至PIM_Rx 端口，通过软件控制三路微波开关来实现对反射PIM 信号的选通，通过频谱仪（或实时检测分析模块）进行测量，此时为单端口器件测量模式。

（2）当待测器件为双端口器件，且只进行反射PIM 测量时，就将低PIM核心测试模块的测试端口TP1 与待测器件的输入端口连接，待测器件的输出端口连接低PIM 大功率负载，对载波进行吸收。待测器件产生的反射PIM 信号通过低PIM 核心测试模块中的分段低PIM 收发双工器1 分离并输出至PIM_Rx端口，通过软件控制三路微波开关来实现对反射PIM 信号的选通，通过频谱仪（或实时检测分析模块）进行测量，此时为单一反射测量模式。

（3）当待测件为双端口器件，且同时需要进行反射与传输测量时，就将低PIM 核心测试模块的测试端口TP1 与待测器件的输入端口连接，将低PIM 核心测试模块的测试端口TP2 与待测器件的输出端口连接。待测器件产生的反射PIM信号通过低PIM 核心测试模块中的分段低PIM 收发双工器1 分离并输出至PIM_Rx端口，待测器件产生的传输PIM 信号通过分段低PIM 收发双工器2 分离并输出至PIM_Tx 端口。通过软件控制三路微波开关来实现对反射（或传输）PIM 信号的选通，通过频谱仪（或实时检测分析模块）进行测量，此时为反射、传输同时测量模式。

（4）当待测器件为三端口器件时，以待测双工器为例，就将低PIM 核心测试模块的测试端口TP1 与待测双工器的Tx 端连接，将待测双工器的公共端连接低PIM 大功率负载，将待测双工器的Rx 端与低PIM 核心测试模块的测试端口TP3 连接。待测双工器产生的PIM 信号直接输出至PIM_Th 端口。通过软件控制三路微波开关来实现对扩展PIM 信号的选通，通过频谱仪（或实时检测分析模块）进行测量，此时为三端口器件测量模式。

5.3.1.3　系统校准方法

系统的功率校准分为发射载波信号功率校准和接收PIM 信号功率校准，其主要作用是对信号传输链路上的损耗进行校准，从而保证测试结果的准确性。接下来，以宽带载波合成模式为例进行说明。

发射载波信号功率校准就是保证在测试过程中对待测器件端测试功率的实时控制，同时要求功率计所测得的功率为输入至待测器件的实际功率，即校准从宽带载波合成模块中定向耦合器的功率耦合端口P_C11、P_C12 到低PIM 核心测试模块的测试端口TP1 之间链路上的所有损耗之和。

具体方法：将定向耦合器的功率耦合端口P_C11 和P_C12 分别连接功率计的输入端口P_C1 和P_C2，将低PIM 核心测试模块的测试端口TP1 连接已知固定衰减量的衰减器，然后连接校准功率计，信号源模块产生两路测试信号f1和f2。首先，固定f2不变，在发射带宽内以固定频率步进（根据需求选择）扫描f1，同时测量、记录信号源模块输出f1的功率、功率计的P_C1 端口测量功率以及校准功率计的测量功率，形成第一载波通道衰减数据映射表。然后，固定f1不变，在发射带宽内以相同的频率步进扫描f2，同时测量、记录信号源模块输出f2功率、功率计的P_C2 端口测量功率以及校准功率计的测量功率，形成第二载波通道衰减数据映射表。将测得的衰减数据映射表存储于工控机及系统控制软件模块中，在测试过程中通过调用数据映射表来实现对信号源模块的实时反馈控制和功率计的实时显示控制。校准过程通过软件控制来自动完成。

接收PIM 信号功率校准就是保证频谱仪（或实时检测分析模块）测得的PIM 信号功率为实际待测器件端产生的PIM 信号功率，即需要获得低PIM 核心测试模块的测试端口TP1、TP2 和TP3 到PIM 产物接收模块的输出端口PIM_1和PIM_2 之间的链路损耗总和，分别为反射、传输和扩展端口接收校准。

具体方法：首先，进行低PIM 核心测试模块的测试端口TP1、TP2 和TP3到PIM 接收模块的输出端口PIM_1 的反射、传输和扩展端口接收校准。信号源模块输出信号f_pim，输入低PIM 核心测试模块的测试端口TP1，PIM 产物接收模块的输出端口PIM_1 连接校准功率计，信号源在接收带宽内以1 MHz频率步进扫描f_pim，同时测量信号源输出功率和校准功率计测量功率，形成反射PIM 接收通道衰减数据映射表，即可完成反射端口接收校准。同理，信号源模块输出信号f_pim，先后输入低PIM 核心测试模块的测试端口TP2 和TP3，经过相同的过程，即可完成传输和扩展端口接收校准。同理，可完成低PIM 核心测试模块的测试端口TP1、TP2 和TP3 到PIM 接收模块的输出端口PIM_2 的反射、传输和扩展端口接收校准。将测得的衰减数据映射表存储于工控机及系统控制软件模块中，在测试过程中通过调用数据映射表来实现频谱仪及实时检测分析模块的实时显示控制。校准过程通过软件控制来自动完成。